《os操作系統(tǒng)》課件

《操作系統(tǒng)》課程概述歡迎來到《操作系統(tǒng)》課程！本課程將帶您深入了解操作系統(tǒng)的基本概念、工作原理和應(yīng)用。我們將從操作系統(tǒng)的定義和作用開始，逐步深入探討進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理等核心概念，并介紹常見操作系統(tǒng)的分類、特點和應(yīng)用。by操作系統(tǒng)的定義和作用定義操作系統(tǒng)是管理計算機硬件資源和軟件資源的軟件系統(tǒng)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)硬件和應(yīng)用程序之間的交互，為用戶提供一個友好的使用環(huán)境。作用操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)管理計算機的硬件資源，如處理器、內(nèi)存、存儲設(shè)備和輸入輸出設(shè)備；管理軟件資源，如應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)；提供用戶界面，方便用戶使用計算機。操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程1第一代：批處理操作系統(tǒng)（1940s-1950s）2第二代：多道程序設(shè)計操作系統(tǒng)（1960s）3第三代：分時操作系統(tǒng)（1970s）4第四代：圖形用戶界面操作系統(tǒng)（1980s）5第五代：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和分布式操作系統(tǒng)（1990s至今）操作系統(tǒng)的分類批處理操作系統(tǒng)將一批作業(yè)提交給計算機系統(tǒng)執(zhí)行，一次處理多個作業(yè)，適合于大型計算任務(wù)。分時操作系統(tǒng)將處理器時間分配給多個用戶，允許多個用戶同時使用計算機，提高了系統(tǒng)的利用率。實時操作系統(tǒng)對時間要求嚴(yán)格，能夠在規(guī)定的時間內(nèi)響應(yīng)外部事件，常用于工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域。移動操作系統(tǒng)專門為移動設(shè)備設(shè)計的操作系統(tǒng)，具有低功耗、便攜性等特點，如Android、iOS。常見的操作系統(tǒng)及其特點Windows圖形界面友好，應(yīng)用程序豐富，市場占有率高，適用于個人電腦和企業(yè)應(yīng)用。macOS以簡潔、美觀的用戶界面著稱，注重用戶體驗，適用于創(chuàng)意工和高端用戶。Linux開源、穩(wěn)定、安全，可定制性強，適用于服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)和超級計算機等領(lǐng)域。Android開源、靈活，應(yīng)用程序種類繁多，適用于智能手機、平板電腦等移動設(shè)備。操作系統(tǒng)的基本功能1資源管理管理計算機的硬件和軟件資源，包括處理器、內(nèi)存、存儲設(shè)備和輸入輸出設(shè)備。2進(jìn)程管理控制和調(diào)度進(jìn)程，為進(jìn)程分配資源，并協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的合作。3內(nèi)存管理管理計算機的內(nèi)存空間，為進(jìn)程分配內(nèi)存，并解決內(nèi)存碎片問題。4設(shè)備管理管理計算機的輸入輸出設(shè)備，為進(jìn)程提供訪問設(shè)備的接口，并控制設(shè)備的使用。5文件管理管理計算機的文件系統(tǒng)，為用戶提供創(chuàng)建、刪除、修改、訪問文件的功能。進(jìn)程管理進(jìn)程定義一個正在執(zhí)行的程序，是操作系統(tǒng)分配資源的基本單位，具有獨立的地址空間和系統(tǒng)資源。進(jìn)程管理功能進(jìn)程創(chuàng)建、終止、掛起、恢復(fù)、切換，進(jìn)程同步、互斥和通信，進(jìn)程調(diào)度算法的選擇。線程管理1線程定義輕量級進(jìn)程，共享同一個地址空間和系統(tǒng)資源，可實現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行。2線程管理功能線程創(chuàng)建、終止、掛起、恢復(fù)，線程同步、互斥和通信，線程調(diào)度算法的選擇。3線程優(yōu)勢提高程序執(zhí)行效率，充分利用多核處理器，改善用戶體驗。內(nèi)存管理1分配將內(nèi)存空間分配給不同的進(jìn)程或線程。2保護(hù)防止進(jìn)程或線程訪問其他進(jìn)程的內(nèi)存空間，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。3管理管理內(nèi)存空間的使用，避免內(nèi)存碎片，提高內(nèi)存利用率。設(shè)備管理打印機管理打印機的使用，包括打印作業(yè)的排隊、分配和執(zhí)行。硬盤驅(qū)動器管理硬盤驅(qū)動器的使用，包括文件存儲、讀寫操作和數(shù)據(jù)備份。鼠標(biāo)管理鼠標(biāo)的使用，包括鼠標(biāo)事件的捕獲、處理和傳遞。文件管理文件系統(tǒng)組織和管理文件，提供用戶操作文件的功能，包括創(chuàng)建、刪除、修改、訪問文件。文件管理功能文件創(chuàng)建、刪除、修改、訪問，目錄操作，文件保護(hù)，文件備份和恢復(fù)。輸入輸出管理輸入設(shè)備管理鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，將用戶輸入的指令或數(shù)據(jù)傳遞給操作系統(tǒng)。輸出設(shè)備管理顯示器、打印機等輸出設(shè)備，將操作系統(tǒng)處理的結(jié)果輸出給用戶。設(shè)備驅(qū)動程序提供操作系統(tǒng)與硬件設(shè)備之間的接口，實現(xiàn)硬件與軟件之間的通信。安全管理用戶認(rèn)證驗證用戶的身份，防止非法用戶訪問系統(tǒng)資源。訪問控制控制用戶對系統(tǒng)資源的訪問權(quán)限，防止惡意用戶修改或破壞系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)加密對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)被竊取或泄露。中斷機制死鎖概述死鎖是指多個進(jìn)程或線程互相等待對方釋放資源，導(dǎo)致所有進(jìn)程都無法繼續(xù)執(zhí)行，陷入僵局。死鎖是操作系統(tǒng)中的常見問題，會導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至崩潰。死鎖的產(chǎn)生條件互斥條件資源只能被一個進(jìn)程獨占訪問，其他進(jìn)程需要等待。請求和保持條件進(jìn)程在請求新的資源時，必須持有至少一個資源。不可剝奪條件進(jìn)程已經(jīng)獲得的資源不能被其他進(jìn)程強行剝奪，只能由該進(jìn)程自己釋放。循環(huán)等待條件多個進(jìn)程之間形成一個循環(huán)的等待關(guān)系，每個進(jìn)程都在等待下一個進(jìn)程釋放資源。死鎖的預(yù)防和避免預(yù)防通過破壞死鎖的產(chǎn)生條件來預(yù)防死鎖的發(fā)生，例如，破壞互斥條件，破壞請求和保持條件等。避免在資源分配過程中，通過某種算法來判斷是否會導(dǎo)致死鎖，如果可能發(fā)生死鎖，則拒絕資源分配請求。操作系統(tǒng)的引導(dǎo)過程1啟動BIOS，初始化硬件設(shè)備。2加載引導(dǎo)程序，引導(dǎo)操作系統(tǒng)內(nèi)核加載。3加載操作系統(tǒng)內(nèi)核，初始化系統(tǒng)環(huán)境。4啟動用戶界面，等待用戶輸入指令。操作系統(tǒng)的編譯與鏈接1編譯將源代碼編譯成目標(biāo)代碼，將高級語言轉(zhuǎn)換成機器語言。2匯編將匯編語言代碼轉(zhuǎn)換成機器語言代碼。3鏈接將多個目標(biāo)代碼文件和庫文件鏈接成可執(zhí)行文件。操作系統(tǒng)的啟動過程1加載內(nèi)核將操作系統(tǒng)內(nèi)核加載到內(nèi)存，啟動內(nèi)核程序。2初始化系統(tǒng)初始化系統(tǒng)環(huán)境，包括硬件設(shè)備、內(nèi)存空間、進(jìn)程調(diào)度器等。3啟動用戶界面啟動用戶界面，等待用戶輸入指令。處理器調(diào)度算法先來先服務(wù)按照進(jìn)程到達(dá)時間的先后順序進(jìn)行調(diào)度，簡單易實現(xiàn)，但可能導(dǎo)致短任務(wù)等待時間過長。最短作業(yè)優(yōu)先將最短的作業(yè)優(yōu)先調(diào)度，能有效提高系統(tǒng)吞吐量，但需要知道每個作業(yè)的執(zhí)行時間。優(yōu)先級調(diào)度根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，高優(yōu)先級進(jìn)程優(yōu)先執(zhí)行，但需要維護(hù)優(yōu)先級隊列。實時操作系統(tǒng)時間敏感性能及時響應(yīng)外部事件，對時間要求嚴(yán)格。任務(wù)優(yōu)先級為不同的任務(wù)設(shè)置優(yōu)先級，保證關(guān)鍵任務(wù)及時執(zhí)行。資源分配能高效地分配系統(tǒng)資源，保證實時任務(wù)的執(zhí)行。嵌入式操作系統(tǒng)智能手表用于智能手表、健身追蹤器等小型設(shè)備。汽車系統(tǒng)用于汽車的控制系統(tǒng)，如發(fā)動機控制、導(dǎo)航系統(tǒng)等。工業(yè)機器人用于工業(yè)控制系統(tǒng)，如機器人控制、自動化生產(chǎn)線等。分布式操作系統(tǒng)分布式資源將系統(tǒng)資源分布在多個計算機上，提高系統(tǒng)性能和可靠性。分布式進(jìn)程可以將進(jìn)程分配到不同的計算機上執(zhí)行，提高系統(tǒng)利用率。分布式文件系統(tǒng)提供統(tǒng)一的文件訪問接口，將文件存儲在不同的計算機上。虛擬化技術(shù)1虛擬化在物理硬件平臺上模擬出多個虛擬機，每個虛擬機擁有獨立的操作系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境。2虛擬機在物理硬件上模擬出來的虛擬計算機，可以運行不同的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。3虛擬化優(yōu)勢提高硬件利用率，簡化系統(tǒng)管理，增強安全性。云操作系統(tǒng)云計算將計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源等集中到數(shù)據(jù)中心，提供按需使用的服務(wù)。云操作系統(tǒng)管理云計算平臺的資源，提供各種云服務(wù)，如虛擬機、存儲、數(shù)據(jù)庫等。云操作系統(tǒng)特點可擴(kuò)展性強、成本低、易于管理。操作系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢人工智能將人工智能技術(shù)應(yīng)用于操作系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化的資源管理和調(diào)度。物聯(lián)網(wǎng)支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入和管理，實現(xiàn)萬物互聯(lián)。云計算云操作系統(tǒng)將更加強大，提供更多功能和服務(wù)，滿足用戶日益增長的需求。操作系統(tǒng)安全性與可靠性安全機制包括用戶認(rèn)證、訪問控制、數(shù)據(jù)加密等，保護(hù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全?？煽啃员ＷC操作系統(tǒng)能夠正常運行，即使出現(xiàn)錯誤，也能快速恢復(fù)正常狀態(tài)。操作系統(tǒng)的性能優(yōu)化1內(nèi)存優(yōu)化提高內(nèi)存利用率，減少內(nèi)存碎片，提高系統(tǒng)運行速度。2磁盤優(yōu)化提高磁盤讀寫速度，減少磁盤訪問時間，提高系統(tǒng)性能。3進(jìn)程調(diào)度選擇合適的進(jìn)程調(diào)度算法，提高系統(tǒng)吞吐量和響應(yīng)速度。操作系統(tǒng)的應(yīng)用案例分析Windows個人電腦、企業(yè)應(yīng)用。macOS創(chuàng)意工、